國(guó)軒：樹脂基自活化多孔碳負(fù)極技術(shù)突破，硫醚鍵造孔

 

2025年6月3日，合肥國(guó)軒電池材料有限公司申請(qǐng)的“一種樹脂基自活化多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用”。

 

專利正式公開（公開號(hào)CN120081369A），為鋰電池負(fù)極材料領(lǐng)域提供了創(chuàng)新解決方案。

 

該專利的核心在于利用含硫醚鍵的二苯酚單體合成酚醛樹脂前驅(qū)體，在碳化過程中，硫醚鍵高溫分解產(chǎn)生氣體，自動(dòng)在碳骨架中形成孔隙，無需傳統(tǒng)化學(xué)活化所需的強(qiáng)腐蝕性試劑。  

 

這一技術(shù)摒棄了傳統(tǒng)氫氧化鉀等活化劑，從源頭上解決了設(shè)備腐蝕難題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了孔結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控。

 

一、多孔碳材料：鋰離子電池負(fù)極性能提升的關(guān)鍵鋰離子電池負(fù)極材料性能對(duì)電池能量密度、循環(huán)壽命和快充能力起著決定性作用。多孔碳材料憑借高比表面積、可調(diào)控的孔道結(jié)構(gòu)以及良好的導(dǎo)電性，成為優(yōu)化負(fù)極性能的核心材料。其中，比表面積與孔容是衡量多孔碳質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)：高比表面積能提供更多活性位點(diǎn)，豐富的孔容則有助于電解液浸潤(rùn)和鋰離子快速傳輸。然而，傳統(tǒng)制備方法存在諸多局限?；瘜W(xué)活化法，尤其是氫氧化鉀活化法，雖能有效造孔，但需在 500 - 900℃高溫下，使用高濃度強(qiáng)堿對(duì)碳前驅(qū)體蝕刻，強(qiáng)腐蝕性環(huán)境不僅損傷設(shè)備、帶來安全隱患，后續(xù)復(fù)雜的酸洗除雜步驟也增加了生產(chǎn)成本與環(huán)境負(fù)擔(dān)。物理活化法（如水蒸氣、二氧化碳活化）雖避免了化學(xué)腐蝕，但其造孔效率低、孔結(jié)構(gòu)調(diào)控精度不足，難以滿足高端電池對(duì)負(fù)極材料一致性的要求。生物質(zhì)基多孔碳雖原料成本低，卻因氧含量普遍偏高（≥8wt%），導(dǎo)致導(dǎo)電性下降和自放電問題。

 

二、國(guó)軒專利技術(shù)：硫醚鍵自活化的創(chuàng)新突破國(guó)軒專利的核心創(chuàng)新在于前驅(qū)體分子設(shè)計(jì)。制備過程如下：首先將二苯酚單體、含硫醚鍵的二苯酚單體與甲醛或多元醛，在催化劑 A 的作用下進(jìn)行縮聚反應(yīng)，合成特制酚醛樹脂；隨后將樹脂在惰性氣氛中高溫碳化，硫醚鍵分解產(chǎn)生氣體，自動(dòng)在碳骨架中形成孔隙，最終得到樹脂基自活化多孔碳材料。硫醚鍵（-S-）作為 “自活化劑” 是該技術(shù)的核心。當(dāng)碳化溫度升至 400℃以上，硫醚鍵斷裂，釋放出含硫氣體（如 SO?、H?S 等），氣體逸出過程在樹脂基體中形成大量孔隙。與傳統(tǒng)活化法需從外部添加腐蝕性活化劑不同，該方法實(shí)現(xiàn)了 “材料自我造孔”。專利強(qiáng)調(diào)，通過控制硫醚烷烴側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和修飾比例，能夠精確調(diào)控多孔碳的孔徑分布。不同的硫醚側(cè)鏈長(zhǎng)度、分支度及在樹脂中的占比，會(huì)使氣體產(chǎn)生量和釋放速率不同，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)微孔、介孔比例的定向設(shè)計(jì)，顯著提升材料的比表面積和孔容，同時(shí)避免了傳統(tǒng)化學(xué)活化法帶來的設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染問題。

 

三、國(guó)軒專利技術(shù)方案的關(guān)鍵細(xì)節(jié)國(guó)軒專利技術(shù)方案具有高度可操作性，對(duì)原料選擇和工藝參數(shù)進(jìn)行了細(xì)致優(yōu)化。單體選擇上，推薦使用含硫醚鍵的二苯酚單體，其硫醚結(jié)構(gòu)可為直鏈或帶支鏈的烷烴基，在與常規(guī)二苯酚、甲醛共聚時(shí)，硫原子可穩(wěn)定嵌入樹脂網(wǎng)絡(luò)，為后續(xù)碳化造孔提供基礎(chǔ)。縮聚反應(yīng)是構(gòu)建前驅(qū)體的關(guān)鍵步驟，需在特定催化劑（催化劑 A，具體類型因商業(yè)保密未公開）作用下進(jìn)行，以確保硫醚單體充分反應(yīng)并均勻分布在樹脂中，避免因硫分布不均導(dǎo)致后續(xù)造孔不均，影響材料一致性。碳化工藝決定最終孔結(jié)構(gòu)質(zhì)量。雖然未公開具體溫度曲線，但明確需 “高溫碳化”（酚醛樹脂碳化通常在 600 - 1000℃惰性氣氛中進(jìn)行）。在此過程中，通過調(diào)節(jié)升溫速率和恒溫時(shí)間，可控制氣體釋放程度，防止因瞬時(shí)產(chǎn)氣過多造成碳骨架坍塌。該材料尤其適用于鋰電池負(fù)極，特別是作為硅碳負(fù)極的載體。其高比表面積和可調(diào)介孔結(jié)構(gòu)可有效緩沖硅顆粒體積膨脹，豐富的微孔能提升鋰離子傳輸效率。通過精準(zhǔn)調(diào)控硫醚側(cè)鏈，可獲得適配消費(fèi)電子、動(dòng)力電池等不同應(yīng)用場(chǎng)景的孔隙特征。